Aviasiya Elmində Fizikanın Əsas Prinsipləri
Aviasiya elmi yalnız güclü mühərriklər və ya müasir təyyarə dizaynı ilə bağlı deyil; o, həmçinin təyyarənin necə sabit, təhlükəsiz və səmərəli uça biləcəyini izah edən fizika prinsiplərinə əsaslanır. Uçuşdan eniş mərhələsinə qədər uçuşun hər mərhələsi qüvvələr, təzyiq, enerji və maye dinamikası arasında mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri əhatə edir. Aviasiya fizikasının əsaslarını anlamaq bizə təyyarələrin qaldırma qüvvəsi yaratmasını, hava müqavimətini necə aşmasını, sabitliyi necə qorumasını və yanacağa qənaət etməsini anlamağa kömək edir.
1. Təyyarədə təsir edən dörd əsas qüvvə
Uçuş zamanı təyyarədə həmişə dörd əsas qüvvə təsir göstərir: qaldırma, ağırlıq, itələmə və sürükləmə. Bu dörd qüvvə təyyarənin qalxıb-enəcəyini, sürətlənəcəyini və ya yavaşlayacağını müəyyən etmək üçün qarşılıqlı təsir göstərir.
1. Qaldırma qüvvəsi, təyyarənin ağırlığına qarşı durmaq üçün qanadların yaratdığı yuxarı qaldırma qüvvəsidir. Qaldırma qüvvəsi təyyarəni uçuş-enmə zolağından qaldırıb havada saxlamaq üçün kifayət qədər böyük olmalıdır.
2. Ağırlıq təyyarəni aşağı çəkən cazibə qüvvəsidir. Təyyarənin kütləsi (sərnişinlər, yük və yanacaq daxil olmaqla) nə qədər böyükdürsə, bu qüvvə də bir o qədər böyükdür.
3. İtələmə qüvvəsi, istər pervanel, istərsə də reaktiv mühərrik olsun, mühərrik tərəfindən yaradılan irəli itələmə qüvvəsidir. Sürətə çatmaq və onu qorumaq üçün itələmə qüvvəsi lazımdır.
4. Müqavimət, təyyarənin irəli hərəkətinə mane olan hava müqavimət qüvvəsidir. Müqavimət, təyyarə daha sürətli uçduqca və ya təyyarənin forması daha az aerodinamik olduqda artır.
Sabit uçuş, qaldırma qüvvəsi ağırlıqla, itələmə qüvvəsi isə müqavimətlə tarazlaşdıqda baş verir. Əgər bir qüvvə dominant olarsa, təyyarənin hərəkətində dəyişiklik yaşayacaq.
2. Aerodinamika və Liftin əmələ gəlmə mexanizmi
Qaldırma tez-tez iki tamamlayıcı anlayışla izah olunur: təzyiq fərqləri və hava axınının əyilməsi (aşağı yuma). Təyyarə qanadları, adətən yuxarı hissədə əyri, aşağı hissədə isə yastı olan aerofoil adlanan xüsusi bir formaya malikdir. Hava aerofoil ətrafında axdıqca sürət və təzyiqdə dəyişikliklər baş verir.
Maye dinamikasının prinsiplərinə görə, hava axını sürətləndikdə onun təzyiqi azalmağa meyllidir. Qanadda hava axınının yuxarı hissəsində təzyiq daha aşağı, aşağı hissəsində isə daha yüksək ola bilər. Bu təzyiq fərqi qaldırma qüvvəsini yaradır.
Bundan əlavə, qanad havanı aşağıya doğru "itələyir". Nyutonun Üçüncü Qanununa (təsir-reaksiya) görə, əgər qanad havaya aşağıya doğru qüvvə tətbiq edərsə, hava da qanadda yuxarıya doğru reaksiya qüvvəsi tətbiq edir. Bu iki perspektiv bir-birinə zidd deyil, əksinə eyni hadisəni izah etmək üçün iki perspektivdir.
Qaldırma qüvvəsinə hücum bucağı, qanad akkordu ilə hava axınının istiqaməti arasındakı bucaq da təsir göstərir. Daha böyük hücum bucağı ümumiyyətlə qaldırmanı müəyyən dərəcədə artırır. Hücum bucağı çox böyükdürsə, hava axını qanad səthindən qopub dayanmaya (kəskin qaldırma itkisi) səbəb ola bilər.
3. Təzyiq, Sürət və Hündürlük: Atmosferin Rolü
Atmosfer şəraiti uçuş performansına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Hündürlük artdıqca hava sıxlığı ümumiyyətlə azalır. Hava sıxlığı qaldırma və itələmə qüvvəsinə təsir göstərir (müəyyən bir mühərrik üçün). Nazik havada eyni qaldırma qüvvəsini yaratmaq üçün təyyarə daha sürətli uçmalı və ya qanadlar kimi xüsusi qanad konfiqurasiyalarından istifadə etməlidir.
Temperatur da rol oynayır. İsti hava ümumiyyətlə soyuq havadan daha az sıxdır. Buna görə də isti hava limanlarında və ya yüksək hündürlüklərdə təyyarələrin uçuş üçün tez-tez daha uzun uçuş-enmə zolaqlarına ehtiyacı olur. Pilotlar və uçuş planlaşdırıcıları bu amili sıxlıq hündürlüyü, yəni havanın faktiki sıxlığını əks etdirən "ekvivalent" hündürlük kimi anlayışlar vasitəsilə izah edirlər.
4. Sürükləmə və Təyyarələrin Onu Necə Azaltması
Sürüklük yanacaq səmərəliliyini müəyyən edən əsas amildir. Ümumiyyətlə, sürüklük iki kateqoriyaya bölünür:
1. Təyyarənin səthində və gövdə formasında hava sürtünməsi nəticəsində yaranan parazit müqaviməti axını "maneə" edir. Parazit müqaviməti artan sürətlə kəskin şəkildə artır.
2. Qaldırma qüvvəsinin yaranması nəticəsində yaranan induksiyalı müqavimət. Qanad qaldırma qüvvəsi yaratdıqda, qanad uclarında burulğanlar əmələ gəlir və bu da müqaviməti artırır. İnduksiyalı müqavimət adətən aşağı sürətlərdə (məsələn, qalxma və eniş zamanı) daha çox özünü göstərir.
Müqaviməti azaltmaq üçün təyyarə dizaynlarında aerodinamik formalar, hamar səthlər və qanad uclarında qanadlar kimi cihazlar burulğanı azaltmaq üçün istifadə olunur. Kruiz uçuşu zamanı təyyarələr ümumi müqaviməti və yanacaq sərfiyyatını minimuma endirən sürət və hündürlük kombinasiyasında idarə olunur.
5. İtələmə: Maşınlar və Fəaliyyət-Reaksiya Prinsipləri
Təyyarə mühərrikləri impulsun qorunması və hərəkət-reaksiya prinsiplərinə əsaslanaraq dartma qüvvəsi yaradır. Reaktiv mühərrikdə hava giriş dəliyindən daxil olur, sıxılır, yanacaqla qarışdırılır və yandırılır, sonra isə isti, yüksək sürətli qazlar geriyə atılır. İrəli dartma qüvvəsi hava kütləsinin geriyə doğru sürətlənməsinə reaksiya olaraq yaranır.
Pərvanəli təyyarələrdə pərvanə hava axınını geriyə sürətləndirən və irəli itələmə yaradan "fırlanan qanad" kimi fəaliyyət göstərir. Həm reaktiv təyyarələr, həm də pərvanəli təyyarələr impuls anlayışından istifadə edirlər : hava kütləsi nə qədər çox sürətlənirsə və ya sürət dəyişikliyi nə qədər çox olursa, itələmə də bir o qədər çox olur.
Mühərrikin səmərəliliyi iş şəraitindən asılıdır. Reaktiv mühərriklər adətən yüksək sürətlərdə və kruiz hündürlüklərində daha səmərəli olur, pervaneli mühərriklər isə daha aşağı sürətlər və daha qısa uçuşlar üçün daha uyğundur.
6. Sabitlik və Nəzarət: Təyyarənin Hərəkətinin Tənzimlənməsi
Təyyarənin sabitliyi üç əsas oxu əhatə edir:
1. Üfüqi quyruqdakı liftlər tərəfindən idarə olunan meyl (burun yuxarı və aşağı).
2. Qanadlardakı eleronlar tərəfindən idarə olunan fırlanma (sola-sağa əyilmək).
3. Çənələmə (burun sola-sağa dönür), şaquli quyruqdakı sükan tərəfindən idarə olunur.
Bu idarəetmə səthləri təyyarənin manevr etməsinə imkan vermək üçün aerodinamik qüvvələrin paylanmasını dəyişdirir. Məsələn, eleronlar bir qanadın digərindən daha çox qaldırma qüvvəsi yaratmasına və təyyarənin öz fırlanma oxu ətrafında fırlanmasına səbəb olur.
Sabitliyə ağırlıq mərkəzinin və təzyiq mərkəzinin mövqeyi də təsir göstərir. Təyyarələr turbulentlik kimi kiçik pozuntulardan sonra sabitliyə qayıtmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. Lakin bəzi müasir təyyarələrdə çevikliyi artırmaq üçün "təbii" sabitlik aşağı salına bilər ki, bu da naqil vasitəsilə uçmaq kimi elektron idarəetmə sistemlərinin köməyi ilə mümkündür.
7. Enerji, Sürət və Uçuşun İdarə Edilməsi
Uçuş fizikasını enerji anlayışı vasitəsilə də başa düşmək olar. Təyyarənin kinetik enerjisi (sürətə görə) və potensial enerjisi (hündürlüyə görə) var. Pilotlar praktik olaraq bu iki enerjini "mübadilə edirlər": təyyarə qalxdıqda, itələmə artırılmadıqda kinetik enerji azala bilər; əksinə, enərkən, müqavimət artırılmadıqda təyyarə sürətlənə bilər.
Enerji idarəetməsi xüsusilə yaxınlaşma və eniş mərhələlərində vacibdir. Təyyarə dayanmamaq üçün kifayət qədər sürət saxlamalı, lakin təhlükəsiz eniş üçün çox sürətli olmamalıdır. Qapaqlar aşağı sürətlərdə qaldırma qüvvəsini artırmağa kömək edir, spoylerlər və hava əyləcləri isə müqaviməti artırır və bu da təyyarənin sürəti və hündürlüyü nəzarətli şəkildə azaltmasına imkan verir.
Bağlanır
Aviasiya fizikanın geniş miqyasda və böyük dəqiqliklə necə işlədiyinə dair bariz nümunədir. Dörd əsas qüvvə - qaldırma, ağırlıq, itələmə və sürükləmə - təyyarənin necə qalxdığını, kruiz etdiyini, manevr etdiyini və endiyini anlamaq üçün təməl təşkil edir. Bu qüvvələrin arxasında qanadların aerodinamikası, atmosfer şəraiti, impulsla idarə olunan mühərrik işləməsi və təyyarənin təhlükəsizliyini təmin edən sabitlik və idarəetmə prinsipləri dayanır. Aviasiyada fizikanın fundamental prinsiplərini anlayaraq, təyyarələri sadəcə mürəkkəb texnologiya kimi deyil, həm də təbiət qanunlarını diqqətli hesablama və diqqətli dizayn vasitəsilə idarə edən sistemlər kimi görürük.
